高寒地區(qū)鐵塔專用角鋼Q345D應(yīng)用分析

摘 要：本論文主要對(duì)高寒地區(qū)鐵塔專用角鋼Q345D研究，主要分析了角鋼Q345D成分設(shè)計(jì)、冶煉工藝和軋制工藝。

關(guān)鍵詞：角鋼Q345D；應(yīng)用現(xiàn)狀；化學(xué)分析；生產(chǎn)工藝

隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的飛速發(fā)展，大容量、長(zhǎng)距離、高電壓的輸電線路越來(lái)越多，桿塔的荷載越來(lái)越大，對(duì)輸電鐵塔用角鋼的韌性要求也越來(lái)越高。針對(duì)不同地理環(huán)境，應(yīng)規(guī)范使用不同規(guī)格、等級(jí)的鐵塔用角鋼。Q345D開發(fā)后建議繼續(xù)提高角鋼的低溫韌性等級(jí)，開發(fā)高海拔、高緯度地區(qū)輸電鐵塔用低溫角鋼，制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，劃定不同緯度地區(qū)應(yīng)使用的角鋼種類，如Q420D和Q460C等低溫沖擊韌性好的高強(qiáng)度角鋼，使我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)所用的塔材更加規(guī)范化，大大提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 我國(guó)鐵塔用鋼應(yīng)用現(xiàn)狀

2002年我國(guó)500kV吳淞口黃浦江大跨越鋼管塔首次采用Q390鋼材。隨后美國(guó)獨(dú)資上海維蒙特公司，用ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的A572GR65配方在上海寶鋼生產(chǎn)了屈服強(qiáng)度為450MPa的鋼材，在我國(guó)220kV鋼管桿和500kV變電構(gòu)架得到應(yīng)用。2005年投運(yùn)的750kV官?gòu)d-蘭州東段輸電線路中，成功地采用了Q420高強(qiáng)鋼，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了我國(guó)研制的Q420高強(qiáng)鋼在鐵塔結(jié)構(gòu)中使用的安全可靠性。

目前我國(guó)雖無(wú)Q460高強(qiáng)鋼在輸電線路鐵塔上應(yīng)用的先例，但已完全具備相應(yīng)的技術(shù)能力，并且已有相關(guān)研究分析其應(yīng)用在1000kV桿塔上的受力情況，提供了理論依據(jù)。所以根據(jù)實(shí)際需要，我國(guó)后續(xù)建設(shè)的特高壓輸電鐵塔將可能采用Q460高強(qiáng)鋼材。

2 Q345D角鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝

本次Q345D角鋼的設(shè)計(jì)坯型為165mm×225mm，角鋼軋制規(guī)格為L(zhǎng)160mm×160mm×14mm的等邊角鋼。

2.1 Q345D化學(xué)成分設(shè)計(jì)

Q345D熔煉化學(xué)成分見表1。

2.2 生產(chǎn)工藝流程

鐵水預(yù)處理——120t轉(zhuǎn)爐冶煉——LF精煉——VD真空處理——連鑄機(jī)——加熱爐加熱——軋制成型。該鋼種質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)，用于型鋼廠生產(chǎn)高級(jí)別的角鋼。該鋼種要求-20℃的沖擊試驗(yàn)，要求沖擊功≥34J。因此對(duì)化學(xué)成份、晶粒度、非金屬夾雜物等有嚴(yán)格的要求。

2.2.1冶煉工藝

入爐鐵水：S≤0.050%、P≤0.080%、Si≤0.85%。裝入量115±2噸，廢鋼比視鐵水Si含量與溫度調(diào)整。實(shí)行高拉補(bǔ)吹操作，降低終點(diǎn)鋼水氧化性。合金及增碳劑的回收率C、Si=85%～90%、Mn=90%～95%；使用鋁塊脫氧，其用量為0.2～0.4kg/t。終點(diǎn)壓槍時(shí)間不低于60s，終渣堿度控制在R=3.0～3.5。鋼水到LF爐精煉的溫度控制在1550～1580℃。

2.2.2連鑄工藝

澆鑄方式：全程保護(hù)澆鑄，使用鋁碳套管、使用中碳鋼保護(hù)渣。大包保護(hù)套管Ar氣使用壓力控制在0.2～0.3MPa。拉速范圍：165mm×225mm：1.1～1.5m/min。工作拉速：1.2～1.4m/min。澆注過程，穩(wěn)定拉速，減少拉速短時(shí)間內(nèi)有大的波動(dòng)，穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏。減少澆注過程中前期低拉速，后期高拉速的現(xiàn)象。連鑄鋼坯的冷卻控制，結(jié)晶器水量130m3/h，比水量0.9L/Kg。

2.2.3軋制工藝

型鋼廠將煉鋼廠冶煉的Q345D165mm×225mm規(guī)格連鑄鋼坯，在680車間軋制生產(chǎn)，連鑄鋼坯在加熱爐中加熱，軋制成L160×14mm規(guī)格的等邊角鋼。連鑄鋼坯加熱時(shí)間保證3小時(shí)以上但不應(yīng)超過4小時(shí)，各段溫度按常規(guī)工藝要求執(zhí)行，開軋時(shí)核查連鑄鋼坯溫，必須保證開軋溫度在1050℃（或1080℃），鋼坯坯陰陽(yáng)面溫差應(yīng)小于30℃。

3 軋制工藝的影響

控軋控冷工藝的合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了Q345D角鋼的內(nèi)部晶粒的細(xì)化，避免了終軋溫度過高和快速冷卻時(shí)，產(chǎn)生有害異常組織的程度，從而保證了Q345D角鋼的強(qiáng)度和低溫韌性。Q345D角鋼具有良好的低溫韌性。隨著近幾年來(lái)，大氣與自然環(huán)境的劇烈變化，極端天氣出現(xiàn)頻率增加，國(guó)家電網(wǎng)的安全運(yùn)行面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國(guó)幅員遼闊，在北方很多地區(qū)冬季氣溫在-20℃以下，極限氣溫達(dá)-40℃以下，尤其是東北地區(qū)，屬寒溫帶和寒帶氣候地區(qū)，具有氣溫低、溫差大、降雪量大等特點(diǎn)，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，低溫氣候時(shí)間一般在3～6個(gè)月。而鋼材隨著溫度的降低，鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都升高，但屈服強(qiáng)度增長(zhǎng)更快，無(wú)限趨近抗拉強(qiáng)度，致使脆性增大，塑性降低，負(fù)載力降低，鋼材容易產(chǎn)生低溫脆性斷裂的傾向。

4 結(jié)論

Q345D角鋼在我國(guó)氣溫較低的廣大北部地區(qū)使用，將具有更高的安全性，塔材發(fā)生脆斷的事故將大幅度減少；并且近年來(lái)由于極端氣象頻繁出現(xiàn)，在南方地區(qū)多次發(fā)生了冰災(zāi)、雪災(zāi)等現(xiàn)象，以致在氣溫較高的南方發(fā)生了鐵塔倒塌事件，故該角鋼亦可在南方冰災(zāi)多發(fā)地區(qū)使用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：許可（1984-），男，河北石家莊人，助理工程師，金屬材料工程專業(yè)。